高精密高效率沉孔加工裝置的研究與應(yīng)用

沈宏巖，劉黎，紀(jì)龍江

（1.大連藝美刻科技有限公司，遼寧 大連 116600；2.大連瑞騰鑫源科技有限公司，遼寧 大連 116600）

0 引言

大多數(shù)沉孔主要是起固定作用，主要分為錐形沉孔、平頭沉孔、特殊結(jié)構(gòu)沉孔等幾種類別，應(yīng)用十分普遍。目前高精度沉孔加工的方法大多是使用專用刀具在數(shù)控機(jī)床上加工。主要存在幾個(gè)方面的問題，首先，加工沉孔前需要先加工導(dǎo)通孔，導(dǎo)通孔與沉孔的軸芯重合度決定了主軸承受徑向振動(dòng)力的大小，在電子電路領(lǐng)域，這種力對于高精度、高轉(zhuǎn)速、高效率的線路板專用數(shù)控機(jī)床而言，損傷是十分巨大的，經(jīng)常使用將導(dǎo)致控機(jī)床主軸將不能用來加工精度較高的小孔、微小孔；其次，線路數(shù)控機(jī)床的主軸扭矩很難克服加工φ3.0mm以上沉孔時(shí)所產(chǎn)生的切削阻力與振動(dòng)，對于特殊結(jié)構(gòu)沉孔的加工難度更大，經(jīng)常發(fā)生斷刀、孔壁凹凸不平現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)直接造成產(chǎn)品的廢棄與設(shè)備的損壞。經(jīng)過現(xiàn)場考察、理論研究、科技查新、比較和認(rèn)真分析，我們設(shè)計(jì)并發(fā)明了本文重點(diǎn)闡述的沉孔深度控制裝置，該裝置與目前國內(nèi)常見有明顯不同，且經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)際使用確認(rèn)，顯著提升了加工效率，產(chǎn)品質(zhì)量也得到了充分保證，具體闡述如下。

1 主要功能結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)簡介

目前業(yè)界加工沉孔大多是采用專用刀具在數(shù)控機(jī)床上加工的方法,存在幾個(gè)方面的問題，包括切削力不足、切削過程中受力不均導(dǎo)致斷刀率偏高、很難克服加工φ3.0mm以上沉孔時(shí)所產(chǎn)生的機(jī)械抗力與振動(dòng)的問題[1]。隨著高精度、高密度線路板的快速發(fā)展與普及，機(jī)械鉆孔仍然是孔加工技術(shù)的主要手段[2].本裝置主要適用于電子電路、裝備制造、新一代電子信息產(chǎn)業(yè)和戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，特別適用于印制電路板及其上下游產(chǎn)業(yè)、模具、汽車、通訊、工控、航空航天等領(lǐng)域5-10mm以下金屬及非金屬薄板件上面各類用于固定和元器件安裝類沉孔、特殊結(jié)構(gòu)孔的加工。該裝置完全替代數(shù)控鉆床作業(yè)，并具有精度更高、效率更快、質(zhì)量更好、設(shè)計(jì)制造和維修維護(hù)成本低、維護(hù)簡單、操作方便的特點(diǎn)。具體組成結(jié)構(gòu)與功能介紹如下：圖1中：1.高度微調(diào)裝置，可以對主軸下降高度精準(zhǔn)控制。2.高度控制千分尺，能對主軸高度實(shí)現(xiàn)微米級(jí)控制。3.刻度線，指示高度調(diào)整狀況。4.固定支架，用來固定千分尺。5.固定螺栓，用來固定支架。6.導(dǎo)柱，使刀具與工件待加工孔精準(zhǔn)定位。7.導(dǎo)桿，與導(dǎo)孔有較高同心度要求，使刀具延導(dǎo)桿上下快速移動(dòng)。8.導(dǎo)孔，與導(dǎo)桿有較高同心度要求，使刀具延導(dǎo)桿上下快速移動(dòng)。9.刀具主體，實(shí)現(xiàn)切削作用。10.限位塊，安裝在刀具導(dǎo)孔內(nèi)，可微調(diào)。11.切削刃，對工藝要求的各種類別和形狀的沉孔進(jìn)行加工。12.通孔，事先在工件上加工出來的便于進(jìn)行沉孔加工的工藝孔，主要起定位作用。13.工件。14.臺(tái)面，用來承載工件，完成各種切削任務(wù)。15.主軸高度數(shù)字顯示裝置，該裝置能對主軸高度進(jìn)行微米級(jí)自動(dòng)數(shù)字顯示。16.緊固螺絲，使手柄固定。

圖1 沉孔深度控制裝置

2 高精度沉孔深度控制裝置的使用方法

該裝置及方法具有使用調(diào)整方便、結(jié)構(gòu)簡單、易于維護(hù)、使用壽命長、加工成本低等優(yōu)點(diǎn)，適于在沉孔加工領(lǐng)域廣泛推廣[3]。這種裝置還涉及一種特殊刀具需要與本裝置配套使用，這種刀具被稱為不等徑沉孔刀具。不等徑沉孔加工刀具,其特征在于,包括切削部分、限位環(huán)和鉆頭柄；切削部分為鏟形,包括端部的刀尖、與刀尖相連的成形段以及與限位環(huán)相連的過渡倒角段[4]。本裝置在使用前首先按工藝要求和技術(shù)點(diǎn)檢表對“沉孔深度控制裝置”的所有部件的功能、狀態(tài)、完好性、可操作性進(jìn)行檢查確認(rèn)，務(wù)必在完好狀態(tài)下使用。具體使用步驟為：1.首先調(diào)整導(dǎo)桿和導(dǎo)孔在一條中心線上，導(dǎo)桿與導(dǎo)孔之間設(shè)計(jì)采用間隙配合（間隙3～9um），可用目視和手動(dòng)方法進(jìn)行調(diào)整，保證二者之間的相對運(yùn)動(dòng)應(yīng)順暢、無滯卡、無抖動(dòng)、無偏斜，調(diào)整完畢后確認(rèn)導(dǎo)桿高于工件上表面5mm以上，便于工件的安裝。2.將工件水平放置在臺(tái)面上，并目視定位通孔剛好安裝在導(dǎo)桿上。3.將主軸高度下調(diào)，直到限位塊與導(dǎo)桿端部剛好接觸，刀具的切削部分也正好與工件待加工孔的上孔邊位置剛好接觸。最終調(diào)整完的效果如圖2所示。4.旋轉(zhuǎn)千分尺手柄，使主軸高度數(shù)字顯示裝置顯示“0”的狀態(tài)；5.根據(jù)工藝、客戶或圖紙要求，繼續(xù)逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)千分尺手柄，同時(shí)觀察主軸高度顯示裝置顯示的數(shù)值應(yīng)與沉孔深度保持一致，然后將所有緊固裝置緊固，調(diào)整完畢的狀態(tài)如圖3所示。6.調(diào)整主軸高度，使限位擋塊剛好與導(dǎo)桿端部接觸。7.將主軸抬起，恢復(fù)到初始高度位置，本循環(huán)加工過程結(jié)束，沉孔加工完畢。8.使用深度千分尺、二元測試儀、量規(guī)、游標(biāo)卡尺、顯微鏡等檢測工具與儀器對沉孔的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和表面粗糙度進(jìn)行檢測。沉孔主要是起固定作用[5]，沉孔的質(zhì)量對整體電子產(chǎn)品使用安全性和穩(wěn)定性起到重要影響作用。

圖2 產(chǎn)前調(diào)整示意圖

圖3 加工深度調(diào)整示意圖

圖4 產(chǎn)前調(diào)整示意圖

3 結(jié)語

通過大量多次實(shí)驗(yàn)和小量加工效果確認(rèn)，用本裝置加工各類沉孔完全可以滿足要求，過程控制能力指數(shù)Cpk可以達(dá)到1.33以上；加工效率與數(shù)控鉆床相比可提升2倍以上；沉孔的直徑與深度狀態(tài)，尺寸精度可以達(dá)到±0.050mm以內(nèi)，并且表面光滑無明顯粗糙、鋸齒、破損現(xiàn)象。本裝置的設(shè)計(jì)、研發(fā)與應(yīng)用補(bǔ)全了國內(nèi)特殊沉孔加工控制環(huán)節(jié)的短板。因?yàn)槌量讓儆谔厥饪?，具有尺寸?fù)雜、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、數(shù)量少的特點(diǎn)，所以本裝置在使用過程中能發(fā)揮出更大的優(yōu)勢，本裝置完全可以替代數(shù)鉆床使用，數(shù)控機(jī)床節(jié)約下來的時(shí)間去加工其它產(chǎn)品，大大的提升設(shè)備利用率。隨著科學(xué)技術(shù)和客戶要求的不斷提高，特別是市場競爭的日益激烈，各行各業(yè)都在努力尋求如何提高生產(chǎn)效率、提升生產(chǎn)力水平、提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低制造成本、提高設(shè)備利用率的有效手段，后續(xù)我們將繼續(xù)以行業(yè)關(guān)鍵技術(shù)問題為導(dǎo)向，結(jié)合企業(yè)發(fā)的實(shí)際情況與政策導(dǎo)向，開展科技創(chuàng)新業(yè)務(wù)，加強(qiáng)理論與實(shí)踐相結(jié)合，在關(guān)鍵領(lǐng)域創(chuàng)造更多獨(dú)門絕技，為企業(yè)發(fā)展與進(jìn)步做出更大貢獻(xiàn)。